CN101372765B - 一种插入管式多孔喷丝头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种插入管式多孔喷丝头。该多孔喷丝头包括插入管和喷丝板，其特征在于该喷丝头为上板、中板和下板及喷丝板组装成的长方体；上板中心开有第一铸膜液进口，侧面开有芯液或氮气进口，两者不相通；中板中心开有第二铸膜液进口，其与铸膜液分配管垂直贯通，铸膜液分配管两侧由内向外对称开有3-6个铸膜液分配管道，且其直径从中间向两侧梯次增加；铸膜液分配管的两侧对称开有安装插入管的管孔，每个管孔中安装有下穿下板和喷丝板的插入管；下板开有铸膜液槽，在铸膜液槽上开有下铸膜液管道，其直径大于安装在其内插入管直径1—3mm；在下板底面开有喷丝板安装孔，喷丝板上对应开有直径大于安装孔直径0.5-1.5mm的固定孔。

Description

一种插入管式多孔喷丝头

技术领域

本发明涉及中空纤维膜制造设备技术，具体为一种用于制备中空纤维膜的插入管式多孔喷丝头，国际专利主分类号拟为Int.CI.DOID.4/00(2006.01)I。

背景技术

中空纤维膜是分离膜中的一种。其因装填密度大、生产工艺简单、设备小型化等诸多优点在膜分离技术领域得到广泛应用。

在中空纤维膜的制备研究及生产中主要采用插入管式喷丝头。单孔插入管式喷丝头已有很多专利，如CN2167997介绍的中空膜插入管式喷丝头；CN1148639介绍的中空膜用插入管式纺丝喷头等。单孔中空纤维膜喷丝头已被广泛使用，但其生产效率较低，技术相对落后。而将现有的单孔插入管式喷丝头技术推广用于多孔插入管喷丝头，主要存在以下问题：1.调节不便，即难于分别、逐一地调节其各喷丝孔的中心插入管与喷丝孔之间的同心度，因而影响了产品质量的稳定性和一致性；2.结构不尽合理，即现有的多孔喷丝头不能够保证进入到各喷丝孔的铸膜液保持相同的压力和均匀性，因而也影响了产品质量的稳定性和一致性。对于成形速率很快，且粘合性很好的高聚物也可以采用多孔异形喷丝板(头)纺丝(用于制备外压型中空纤维膜)。这种多孔喷丝板的异形孔由若干个圆弧组成，例如由3个圆弧组成的3C型异形喷丝板等。这种制备中空纤维膜的异形喷丝板，由于不存在同心度调节问题，因此比较容易实现多孔结构。如专利申请号02203147介绍的微缺环形喷丝孔式多孔喷丝板就属于这种多孔异形喷丝板。这种多孔异形喷丝板的主要缺点是与其相适应的高聚物非常少，而且纺制的中空纤维膜比较细，只适用于制备外压型中空纤维膜，大大限制了其使用范围。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，设计一种插入管式多孔喷丝头，该喷丝头用于生产中空纤维膜，采用了特殊的铸膜液分配系统及可调节插入管与喷丝孔之间同心度的结构，具有能够得到均匀的环形铸膜液，使成形后的多根中空纤维膜壁厚均匀、稳定，提高了中空纤维膜产品的质量和生产效率。

本发明解决所述喷丝头技术问题的方案是：设计一种插入管式多孔喷丝头，包括插入管和喷丝板，其特征在于该喷丝头为上板、中板和下板及喷丝板由螺钉组装成的长方体；所述上板的中心开有与计量泵座连接的第一铸膜液进口，上板的侧面开有芯液或氮气进口，所述第一铸膜液进口与芯液或氮气进口互不相通；所述第一铸膜液进口之外为空腔，该空腔与所述芯液或氮气进口相通，与所述第一铸膜液进口不相通；

所述中板的中心开有第二铸膜液进口，第二铸膜液进口的上口与所述第一铸膜液进口匹配密封管接，第二铸膜液进口的下口与铸膜液分配管垂直贯通，所述铸膜液分配管的一端管口为盲孔，另一端管口开在中板的侧壁，并配装密封堵头；所述铸膜液分配管的下面以所述第二铸膜液进口为对称中心，两侧由内向外分别开有3—6个铸膜液分配管道；所述铸膜液分配管道的直径从中间向两侧梯次增加，其设计依据是铸膜液在所述铸膜液分配管道流动中由于流动阻力所产生的递增压力降；在所述铸膜液分配管的两侧对称开有两排安装插入管的管孔，管孔的数量是所述铸膜液分配管道数量的2倍，每个所述管孔中安装有下穿下板和喷丝板的插入管；

所述的下板开有铸膜液槽，铸膜液槽的上部与中板所述的3—6对铸膜液分配管道连通，在所述铸膜液槽上与所述管孔的每个对应位置处开有倒截头圆锥体形的下铸膜液管道，该下铸膜液管道的直径大于安装在其内的所述插入管的直径1—3mm，使其在所述插入管的四周构成环形流道；在下板的底面开有用于安装喷丝板的安装孔，喷丝板上对应开有固定孔，固定孔的直径大于安装孔的直径0.5-1.5mm。

与现有技术相比，本发明插入管式喷丝头为组合结构，设计了特殊的铸膜液分配管路系统及可调节插入管与喷丝孔的同心度的结构，具有能够得到均匀的环形铸膜液，使成形后的多根中空纤维膜壁厚分布均匀，稳定，产品质量和生产效率大幅提高等特点。

附图说明

图1为本发明插入管式多孔喷丝头一种实施例的整体结构外形示意图；

图2为本发明插入管式多孔喷丝头一种实施例的上板结构示意图；

图3为本发明插入管式多孔喷丝头一种实施例的中板结构示意图；

图4为本发明插入管式多孔喷丝头一种实施例的中板铸膜液分配管道结构示意图；

图5为本发明插入管式多孔喷丝头一种实施例的下板结构示意图；

图6为本发明插入管式多孔喷丝头一种实施例的下板结构局部结构(A-A)放大示意图；

图7为本发明插入管式多孔喷丝头一种实施例的中板、下板、喷丝板与插入管连接的局部结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。具体实施例只是为了进一步清楚说明本发明的多孔喷丝头，不构成对本发明权利要求的限制。

本发明设计的制备中空纤维膜的插入管式多孔喷丝头(以下简称多孔喷丝头，参见图1—7)，包括插入管5和喷丝板4，其特征在于该喷丝头为由上板1、中板2、下板3和喷丝板4由螺钉组成的长方体；所述上板1的中心开有与计量泵座(图1中未画出)连接的第一铸膜液进口11，上板1的侧面开有芯液或氮气进口12，所述第一铸膜液进口11与芯液或氮气进口12互不相通；所述第一铸膜液进口11外为空腔13，该空腔13与所述芯液或氮气进口12相通，但与所述第一铸膜液进口管11不相通(参见图1)。

所述中板2的中心开有第二铸膜液进口21，第二铸膜液进口21的上口与所述第一铸膜液进口11匹配密封管接，第二铸膜液进口21的下口与铸膜液分配管22垂直贯通，所述铸膜液分配管22的一端管口为盲孔，另一端管口开在中板2的侧壁，并配装密封堵头26；所述铸膜液分配管22的下面以所述第二铸膜液进口21为对称中心，两侧由内向外分别开有3—6个铸膜液分配管道，或者说两侧开有3—6对铸膜液分配管道。研究表明，所述铸膜液分配管道的数量至少为六个(3对)，才有较大实际意义。实施例为3对铸膜液分配管道，分别是内铸膜液分配管道23(23’)、中铸膜液分配管道24(24’)和外铸膜液分配管道25(25’)(参见图4)。所述铸膜液分配管道的直径从中间向两侧梯次增加。其设计依据是铸膜液在所述铸膜液分配管道流动中由于流动阻力所产生的递增压力降。换言之，所述铸膜液分配管22两端的压力降较中间大，为了保持所述各3对铸膜液分配管道(23、23’；24、24’和25、25’)的流量一致或相近，因此设计其直径相应梯次增加。在所述铸膜液分配管22的两侧对称设计或开有两排安装插入管5的管孔27，管孔27的数量是所述铸膜液分配管道(23、23’24、24’和25、25’)数量的2倍，每个所述插入管孔27中安装有下穿下板3和喷丝板4的插入管5。

所述的下板3开有铸膜液槽31，铸膜液槽31的上部与中板所述的各3对铸膜液分配管道(23、23’24、24’和25、25’)连通，在所述铸膜液槽31上与所述管孔27的每个对应位置处开有倒截头圆锥体形(截面为倒梯形)的下铸膜液管道33，该下铸膜液管道33的直径大于安装在其(下铸膜液管道33)内的所述插入管5的直径1-3mm，实施例为大于2mm，使其在所述插入管5的四周构成环形流道；实施例的下铸膜液管道33为倒截头圆锥体(截面为倒梯形)与圆柱体(截面为矩形)组合体形状。在下板3的底面开有用于安装喷丝板4的安装孔32，喷丝板4上对应开有固定孔42，固定孔42的直径大于安装孔32直径0.5-1.5mm，实施例为大于0.5mm，用于分别调整喷丝板4上的喷丝孔41与所述插入管5的同心度(参见图5-7)。

本发明的喷丝头所述的芯液或氮气进口12依次与空腔13、插入管5的插入管孔51构成芯液或氮气通道；所述的第一铸膜液进口11依次与第二铸膜液进口21、铸膜液分配管22、各(3)对铸膜液分配管道(23、23’、24、24’、25、25’)、铸膜液槽31、下铸膜液管道33直至喷丝板4的喷丝孔41连通，构成铸膜液纺丝通道，这两个通道互不相通。在喷丝板4的喷丝孔41出口处，铸膜液从环绕插入管5的环形下铸膜液通道33及喷丝孔41流出，中间的插入管孔51则根据铸膜液性质流出芯液或氮气，即形成了毛细管状的铸膜液细流，经凝固浴凝固后，制成均匀壁厚的中空纤维膜。

在铸膜液流动过程中，由于流动阻力的存在，产生压力降。为了保证中板2的各铸膜液分配管道(如内、中、外3对铸膜液分配管道23、23’、24、24’、25、25’)的流量基本相同，本发明在各铸膜液分配管道的开孔尺寸设计上采用了不等径的技术方案，即在距离所述第二铸膜液进口21越远开孔尺寸越大的技术方案，以此抵消静压强逐步降低的影响，使到达每一个喷丝孔41的铸膜液流量尽可能相同，同时也使所制得的多根中空纤维膜的几何尺寸一致。本发明实施例内、中、外3对铸膜液分配管道23(23’)、24(24’)、25(25’)的直径设计分别为2.5mm、3.0mm、3.5mm；各铸膜液分配管道的中心距等分或相等。

本发明喷丝头在下板3的下面安装喷丝板4。喷丝板4及其安装为现有技术。喷丝板4的数量为管孔27或插入管5的数量一致。实施例的喷丝板4为12块(当然也可以是大于4的4-6整倍数块，如16块、20块、24块等)，均分为四个区域安装(参见图3、5)。每块喷丝板的固定孔42与下板3的安装孔33都有一定的调节空间，实施例的安装孔33的直径为4mm，固定孔42的直径为4.5mm。通过一定的调节空间的调节，可以使插入管5的插入管孔51(喷出芯液)与喷丝板4的喷丝孔41(喷出铸膜液)保持同心。虽然这种分别或逐一调节喷丝孔41与插入管孔51同心度的操作略显麻烦，但产品质量却可大幅提高，所制中空膜不仅单根壁厚均匀，而且各根之间也壁厚均匀一致，从而提高了产品的整体质量，同时生产效率也可提高十几倍。

本发明的多孔喷丝头在依赖相转化法、拉伸致孔法以及热致相法的中空纤维渗透膜的研制、生产中都得到了很好的应用。

本发明多孔喷丝头的工作原理是：铸膜液通过喷丝头上板1的第一铸膜液进口11进入到中板2的第二铸膜液进口21中，进而均匀分配到直径不等的所述各铸膜液分配管道中。由于所述直径不等的各铸膜液分配管道的直径是根据弥补铸膜液在流动中流动阻力产生的压力降需要而设计的，因而可保证铸膜液进入各铸膜液分配管道中的流动阻力相近或一致，进而直至各喷丝孔41的流动阻力相近或一致，使各个喷丝孔41纺出的中空纤维膜的横截面几何尺寸相近或一致，解决现有多孔喷丝头得到的中空纤维膜的几何尺寸难以一致的难题，保证了中空纤维膜的通量、截留性能等的一致性。同时，本发明针对制备中空纤维膜的多孔喷丝头在使用过程中容易造成插入管孔(芯液管)51与喷丝孔41不同心，影响中空纤维膜环形横截面的均匀性问题，本发明采用在喷丝头下板3上分别安装喷丝板4，依靠喷丝板4的固定孔42的尺寸余量，使每块喷丝板4上的固定孔42与插入管孔51的同心度有一定的调节空间，方便调节两者的同心度，使中空纤维膜的环形横截面均匀一致，从而提高和保证了膜产品的质量。换言之，本发明喷丝头设计了特殊的铸膜液分配管道系统及可调节插入管与喷丝孔的同心度的结构，具有能够得到均匀的环形铸膜液，使成形后的多根中空纤维膜壁厚分布均匀的特点。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (2)

1.一种插入管式多孔喷丝头，包括插入管和喷丝板，其特征在于该喷丝头为上板、中板和下板及喷丝板由螺钉组装成的长方体；所述上板的中心开有与计量泵座连接的第一铸膜液进口，上板的侧面开有芯液或氮气进口，所述第一铸膜液进口与芯液或氮气进口互不相通；所述第一铸膜液进口外为空腔，该空腔与所述芯液或氮气进口相通，与所述第一铸膜液进口不相通；

所述中板的中心开有第二铸膜液进口，第二铸膜液进口的上口与所述第一铸膜液进口匹配密封管接，第二铸膜液进口的下口与铸膜液分配管垂直贯通，所述铸膜液分配管的一端管口为盲孔，另一端管口开在中板的侧壁，并配装密封堵头；所述铸膜液分配管的下面以所述第二铸膜液进口为对称中心，两侧由内向外分别开有3—6个铸膜液分配管道；所述铸膜液分配管道的直径从中间向两侧梯次增加，其设计依据是铸膜液在所述铸膜液分配管道流动中由于流动阻力所产生的递增压力降；在所述铸膜液分配管的两侧对称开有两排安装插入管的管孔，管孔的数量是所述铸膜液分配管道数量的2倍，每个所述管孔中安装有下穿下板和喷丝板的插入管；

所述的下板开有铸膜液槽，铸膜液槽的上部与中板所述的3—6对铸膜液分配管道连通，在所述铸膜液槽上与所述管孔的每个对应位置处开有倒截头圆锥体形的下铸膜液管道，该下铸膜液管道的直径大于安装在其内的所述插入管的直径1—3mm，使其在所述插入管的四周构成环形流道；在下板的底面开有用于安装喷丝板的安装孔，喷丝板上对应开有固定孔，固定孔的直径大于安装孔的直径0.5-1.5mm。

2.根据权利要求1所述的插入管式多孔喷丝头，其特征在于所述的铸膜液分配管道为3对，其直径设计由内向外分别为2.5mm、3.0mm和3.5mm；所述下铸膜液管道的直径大于安装在其内的所述插入管的直径2mm；所述的喷丝板为12块；所述安装孔的直径为4mm，所述固定孔的直径为4.5mm。

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